UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS SISTEMAS DE
TRANSMISIÓN Y MOTOR PARA UN PROTOTIPO DE GO
KART CON BASE AL REGLAMENTO DE LA FIA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
EDISON XAVIER RISUEÑO NAZATE
DIRECTOR: ING. ALEX GUZMÁN MSC.
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1720857141
APELLIDO Y NOMBRES: Risueño Nazate Edison Xavier
DIRECCIÓN: Martín de la Calle S8-241 y Rodrigo de Ocampo
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2 649 028
TELÉFONO MOVIL: 0992842332
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Diseño y construcción de los sistemas de
transmisión y motor para un prototipo de go kart con base al reglamento de la FIA
AUTOR O AUTORES: Risueño Nazate Edison Xavier
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
09 de Junio del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: Ing. Alex Guzmán MSc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN:
El presente proyecto se desarrolló con la finalidad de solventar el problema de encontrar lugares en donde se oferta la
disciplina del karting sin ningún tipo de estandarización y con vehículos kart que no cumplen normativas internacionales para ser catalogados como tal, por tal motivo el proyecto se enfoca en diseñar un prototipo que se ajuste en lo posible a las normativas y requerimientos técnicos dictaminados por la CIK / FIA (Comisión Internacional de Karting
y Federación Internacional de Automovilismo) y de tal modo demostrar que es posible construir vehículos con altos estándares de calidad y bajo reglamentación técnica internacional, todo esto gracias a un seguimiento adecuado del Reglamento
Técnico y apoyados con bases y fundamentos establecidos a lo largo de la preparación profesional.
Por lo tanto el proyecto contempla puntos importantes sobre diseño y selección de partes basados en el Reglamento Técnico que ayuda a la homologación de criterios de diseño y construcción para karts de
competencia nacional e internacional.
Conjunto con aquello se muestra análisis de esfuerzos de las alternativas seleccionadas para además de comprobar teóricamente la resistencia en funcionamiento, se lo hace también mediante simulación para hacer visual el estado real del componente en condiciones de funcionamiento.
Añadido se pone a prueba los componentes en pista para verificar el correcto funcionamiento y asegurar la veracidad de los cálculos efectuados, con ello garantizar la seguridad y rendimiento que brinde el kart construido con los distintos componentes seleccionados.
Finalmente dejando un precedente para futuras investigaciones que proporciones mejores rendimientos además de aplicaciones nuevas que desarrollen mayores potencias y velocidades.
PALABRAS CLAVES: Kart
Potencia Requerida Torque Requerido Relación de Transmisión
as such offer, for this reason the project focuses to design a prototype that fits in best with regulations and technical requirements dictated by the CIK / FIA (International Karting Commission and International Automobile Federation) and thereby demonstrate that it is possible to build vehicles with high quality standards and low international technical
regulations, all thanks to proper monitoring of the technical and supported by foundations and foundations established along professional preparation Regulation.
Therefore the project includes important points about design and selection of Technical Regulations based on helping the approval of design and construction criteria
for karts national and international competition parts.
Joint efforts with that analysis of the alternatives selected for further testing resistance theoretically in operation, it does also shown by simulation to the actual state visual component in working order.
Added is tested on track components to verify
proper operation and ensure the accuracy of the calculations, thereby ensuring safety and performance that provides the kart built with different components selected.
Finally leaving a precedent for future research that you provide better yields as well as new applications developed major powers and speeds.
KEYWORDS KART
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________
RISUEÑO NAZATE EDISON XAVIER
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, RISUEÑO NAZATE EDISON XAVIER, CI 1720857141 autor del proyecto titulado:
Diseño y construcción de los sistemas de transmisión y motor para un
prototipo de go kart con base al reglamento de la FIA previo a la obtención del
título de Ingeniero Automotriz en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de
Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de
Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del
referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de
información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública
respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una
copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio
que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual
vigentes.
Quito, 09 de Junio del 2016
f:__________________________________________
RISUEÑO NAZATE EDISON XAVIER
DECLARACIÓN
Yo EDISON XAVIER RISUEÑO NAZATE, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ EDISON XAVIER RISUEÑO NAZATE
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y
construcción de los sistemas de transmisión y motor para un prototipo de Go Kart con base al reglamento de la FIA”, que, para
aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Edison
Xavier Risueño Nazate, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
___________________
Ing. Alex Guzmán MSc.
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Para mis padres, quienes siempre me han apoyado incondicionalmente en mis decisiones y confiado infinitamente en mí, les dedico este gran logro en
señal de gratitud por todo el esfuerzo, amor y cariño que he recibido de su parte, pues todo lo que haga en gratitud es tan efímero para lo que recibido
de ustedes, por todo aquello este gran logro se los dedico, los quiero.
Para mi Emy, hija mía, mi motivación, mi esperanza, mis ganas de ser mejor cada día, te dedico este gran triunfo para que sepas que siempre te tengo
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios, por cada día regalarme la dicha de compartir muchas alegrías con mi familia y hoy hacer posible culminar un momento tan
importante en mi vida.
A mi madre, quien ha sido la mano que siempre me ha brindado la ternura, amor y comprensión, que sin importar nada se ha desvelado por mi
bienestar.
A mi padre, mi ejemplo a seguir, le agradezco por hacer hasta lo imposible para que nunca me falte nada, gracias por ser mi apoyo incondicional en los
malos y buenos momentos.
A mis hermanos, que siempre han estado ahí para darme el empujoncito para no rendirme y demostrar lo que soy, sobre todo a mi hermana Sandra quien siempre ha estado ayudándome incondicionalmente y aconsejándome
para ser mejor.
A una persona tan especial, que siempre vio lo mejor en mí, sin importar nada, siempre estuvo para acompañarme en cualquier situación y hasta el
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN... ix
ABSTRACT ... xi
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 1
2.1. CONCEPTOS GENERALES ... 4
2.1.1. GO KART ... 4
2.2. MOTOR ... 4
2.2.1. BLOQUE DE CILINDROS ... 6
2.2.2. CÁRTER ... 6
2.2.3. CULATA ... 6
2.2.4. SISTEMA DE ESCAPE ... 7
2.2.5. CARBURADOR ... 8
2.2.6. TANQUE DE COMBUSTIBLE ... 9
2.2.7. REGLAMENTO TÉCNICO DE KARTING ... 10
2.3. TRANSMISIÓN ... 21
2.3.1. CADENA DE TRANSMISIÓN ... 21
2.3.2. CUBRECADENAS ... 23
2.3.3. EJE DE TRANSMISIÓN ... 24
2.3.4. ESTRELLA O CATALINA ... 24
2.3.5. PIÑÓN DE TRANSMISIÓN ... 25
2.3.6. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN ... 26
2.3.7. CÁLCULO DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN ... 26
2.3.8. FACTORES QUE INSIDEN EN LA ELECCIÓN DE UNA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN ... 27
2.4. DISEÑO DE EJES ... 29
ii
2.4.2. ESFUERZO ... 29
2.4.3. DEFORMACIÓN ... 29
2.4.4. DIAGRAMAS DE CORTANTE Y DE MOMENTO FLECTOR ... 30
2.4.5. FACTORES QUE MODIFICAN EL LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA ... 31
2.4.6. CONFIABILIDAD ... 32
3. METODOLOGÍA ... 33
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 38
4.1. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE MOTOR ... 38
4.1.1. CLASIFICACIÓN ... 38
4.1.2. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS... 38
4.1.3. ALTERNATIVAS DE MOTORES ... 44
4.1.4. MOTOR A MONTAR EN PROTOTIPO KART: ROTAX 125 MAX ... 47
4.2. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE TRANSMISIÓN ... 48
4.2.1. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA: TRANSMISIÓN POR CADENA ... 48
4.2.2. DISEÑO DEL EJE POSTERIOR DE TRANSMISIÓN ... 50
4.3 MONTAJE DE MOTOR Y TRANSMISIÓN ... 73
4.4. AJUSTE DE COMPONENTES ... 75
4.4.1. SISTEMA DE TRANSMISIÓN ... 75
4.4.2. MOTOR ... 76
4.4.3. SISTEMA ELÉCTRICO ... 78
4.5 PRUEBAS EN PISTA ... 80
4.5.1. OBSERVACIONES ... 81
4.5.2. CONSIDERACIONES ... 82
iii
5.1 CONCLUSIONES ... 83
5.2 RECOMENDACIONES ... 84
NOMENCLATURA O GLOSARIO ... 85
BIBLIOGRAFÍA ... 86
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Relación y desarrollo ... 28
Tabla 2. Factores ... 28
Tabla 3. Tabla de desarrollos ... 29
Tabla 4. Categorías y grupos de karting ... 34
Tabla 5. Coeficientes de rozamiento dinámico del neumático ... 41
Tabla 6. Comparación de ventajas en prestaciones del motor Rotax 125 MAX... 46
Tabla 7. Equivalencia de espesor/diámetros externos ... 51
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Go kart Sting Ray 200cc ... 4
Figura 2. Motor Rotax 125 Max Evo ... 5
Figura 3. Partes principales del motor de 2 tiempos ... 5
Figura 4. Conjunto de escape de kart Kandi 150 cc Gy6 de alto rendimiento ... 8
Figura 5. Carburador TILLOTSON HL166 16MM ... 9
Figura 6. Tanque combustible KG 8.5L ... 9
Figura 7. Pedales de mini chopper minibike go kart trike ... 14
Figura 8. Carburadores en categorías KZ2 y KZ1 ... 18
Figura 9. Cadena de transmisión para go kart ... 22
Figura 10. Cubrecadenas integrales universal KF ... 23
Figura 11. Eje de transmisión posterior de go kart ... 24
Figura 12. Catarina de transmisión de go kart ... 25
Figura 13. Piñón de transmisión ... 26
Figura 14. Diagramas de cortante y de momento flector ... 30
Figura 15. Gráfica de potencia y par de un motor de 2 T ... 35
Figura 16. Motor Rotax Junior 125 MAX ... 36
Figura 17. Cadena de transmisión ... 36
Figura 18. Torque requerido en el eje de transmisión ... 41
Figura 19. Motor Rotax 125 MAX ... 44
Figura 20. Motor Komet POP K25 RL ... 45
Figura 21. Motor Rotax 125 MAX Engine Series ... 47
Figura 22. Potencia y torque de motores Rotax ... 47
Figura 23. Diseño del eje posterior de transmisión... 53
Figura 24. Reacciones generadas por cargas aplicadas sobre el eje ... 53
Figura 25. Diagrama 3D de cargas y reacciones en el plano XZ sobre el eje ... 54
Figura 26. Diagrama de cargas y reacciones en plano XZ del eje. ... 54
Figura 27. Gráficas de diámetro de rueda y fuerzas en Catarina. ... 54
vi
Figura 29. Diagrama de fuerza cortante y momento flector. ... 57
Figura 30. Análisis de Fuerza cortante y momento flector en tramo AB`. .... 57
Figura 31. Análisis de Fuerza cortante y momento flector en tramo AC`. .... 58
Figura 32. Diagrama de esfuerzo cortante. ... 58
Figura 33. Diagrama de momento flector. ... 60
Figura 34. Diagrama 3D de cargas y reacciones en el plano XY sobre el eje ... 60
Figura 35. Diagrama de cargas y reacciones en plano XY del eje. ... 61
Figura 36. Diagrama de fuerza cortante y momento flector. ... 62
Figura 37. Análisis de Fuerza cortante y momento flector en tramo AB`. .... 62
Figura 38. Análisis de Fuerza cortante y momento flector en tramo BC`. .... 63
Figura 39. Análisis de Fuerza cortante y momento flector en tramo CD`. .... 64
Figura 40. Diagrama de esfuerzo cortante. ... 66
Figura 41. Diagrama de momento flector. ... 66
Figura 42. Análisis de esfuerzo de flexión. ... 67
Figura 43. Diagrama de esfuerzo de flexión. ... 67
Figura 44. Diagrama de esfuerzo de torsión. ... 68
Figura 45. Simulación de esfuerzos y cargas en SolidWorks. ... 71
Figura 46. Comprobación de distancia entre ejes. ... 73
Figura 47. Montaje del eje sobre el chasis. ... 74
Figura 48. Montaje del motor ... 74
Figura 49. Centrado de piñones de catarina y motor... 74
Figura 50. Paralelismo del eje respecto al chasis... 75
Figura 51. Sujeción del eje al chasis. ... 75
Figura 52. Centrado de ejes. ... 76
Figura 53. Ajuste de elementos de transmisión. ... 76
Figura 54. Calibración del tope entre motor y eje. ... 77
Figura 55. Medidas con relación al motor. ... 77
Figura 56. Apoyo del motor al tope de regulación de distancia de ejes. ... 77
Figura 57. Ajuste de bases del motor. ... 78
Figura 58. Instalación de botonera de encendido ... 78
vii
Figura 60. Fijación de bornes de batería. ... 79
Figura 61. Fijación del arnés eléctrico al chasis. ... 80
Figura 62. Circuito de prueba para el prototipo de go kart... 81
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1. Reglamento técnico de karting CIK/FIA ... 88
ANEXO 2. Reglamento técnico de karting CIK/FIA ... 90
ANEXO 3. Reglamento técnico de karting CIK/FIA ... 93
ANEXO 4. Reglamento técnico de karting CIK/FIA ... 95
ANEXO 5. Manual Rotax 125 MAX ... 96
ANEXO 6. Tablas de coeficientes limitadores de resistencia ... 143
ANEXO 7. Propiedades mecánicas de metales no ferrosos ... 145
ix
RESUMEN
El presente proyecto se desarrolló con la finalidad de solventar el problema de encontrar vehículos kart sin ningún tipo de estandarización y que no cumplen normativas internacionales para ser catalogados como tal, por tal motivo el proyecto se enfoca en diseñar un prototipo que se ajuste en lo posible a las normativas y requerimientos técnicos dictaminados por la CIK/FIA (Comisión Internacional de Karting y Federación Internacional de Automovilismo) y de tal modo demostrar que es posible construir vehículos con altos estándares de calidad y bajo reglamentación técnica internacional, todo esto gracias a un seguimiento adecuado del reglamento técnico y apoyados con bases y fundamentos establecidos a lo largo de la preparación profesional.
Para conseguir el objetivo principal de diseñar y construir los sistemas de transmisión y motor para un prototipo de go kart fue necesario investigar la normativa vigente de karting que rige a nivel mundial y con ello hacer un análisis profundo sobre lo que establece dicho reglamento, para poder construir un kart que pueda ser homologado como tal y con ello poder competir tanto en campeonatos nacionales como internacionales, todo esto posible siguiendo punto a punto los requerimientos técnicos normados y establecidos en este documento, además de seleccionar una categoría de aplicación para ser usada como base para el diseño del prototipo.
x un sistema libre y aceptado en la Categoría KZ2, la cual fue elegida para basar todos los diseños y requerimientos a emplear para el prototipo de kart.
El resultado final fue el montaje de todos estos componentes y llevándolos a pruebas reales en pista para verificar y comprobar el trabajo bien realizado en cuanto a diseño, selección de alternativas y correcto montaje; logrando de tal modo la fabricación de un prototipo go kart que cumple con la normativa vigente de karting e inclusive se lo pueda homologar para competencias oficiales de la CIK/FIA.
xi
ABSTRACT
This project was developed in order to solve the problem of finding vehicles kart without any standardization that do not meet international standards to be classified as such, for this reason the project focuses on designing a prototype that fits where possible to regulatory and technical requirements dictated by the CIK / FIA (International Karting Commission and International Automobile Federation) and thereby demonstrate that it is possible to build vehicles with high quality standards and under international technical regulations, all thanks to track appropriate technical and supported by foundations and foundations established along professional preparation regulations.
To achieve the main objective of designing and building transmission systems and engine for a prototype go kart was necessary to investigate the current rules of karting governing worldwide and thus make a deep analysis of what sets this regulation, to build a kart that can be certified as such and thus be able to compete in national and international championships, all possible following point to point normed and technical requirements set forth in this document, and select a category of application to be used as a basis for the design of the prototype.
1
1. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador existen un sin número de aficionados al deporte automovilístico, pero no existe una cultura de investigación para realizar proyectos bajo reglamentaciones y requerimientos, con lo que el deporte dentro del país en su mayoría es un trabajo muy artesanal y de conocimientos muy básicos.
Esto genera que no pueda existir un desarrollo en temas de automovilismo, y como consecuencia se generan proyectos con un elevado costo pero sin el cumplimiento de normativa técnica.
Por este motivo es que se plantea el diseño y construcción de un prototipo de go kart que se ajuste en el mayor porcentaje posible con las normativas técnicas internacionales establecidas por el organismo regulador mundial FIA, con el fin de dar comienzo a una cultura de estandarización en los vehículos para competencia automovilística que en este caso se refiere a las de karting.
2 mercado y nunca poner en evidencia la inconformidad con estos vehículos que no cumplen con normalización internacional que a largo plazo puede influir mucho en el desempeño y seguridad del piloto que los conduzca y técnicamente se aplicara los conocimientos adquiridos durante toda la carrera para poder implementarlos basados en una normativa internacional para con ello conseguir un producto final que se acople lo máximo posible al cumplimiento de la norma de la FIA que posteriormente se lo puede ir perfeccionando de a poco por tal motivo el inicio para este trabajo de titulación es el de elaboración del prototipo que sea la base para su posterior mejoramiento y utilización en competencia.
Por consiguiente para el desarrollo del trabajo de titulación se propuso el objetivo general de diseñar la construcción de los sistemas de transmisión y motor para un prototipo de go kart con base al reglamento de la FIA.
En donde se delimita la investigación del mismo apoyado de ciertos objetivos específicos que ayudan a que la investigación sea delimitada y abarque temas de importancia como son:
Definir el concepto de go kart y conocer sus características analizando de
manera detallada la reglamentación emitida por la Federación Internacional de Automovilismo, para diseñar y construir el sistema de transmisión y motor para un prototipo de go kart.
Analizar las alternativas posibles para transmisión y motor para
posteriormente seleccionar las opciones más idóneas para la construcción del prototipo de go kart.
Diseñar y evaluar el desempeño y comportamiento de la posible opción
3
Construir los sistemas de transmisión y motor, utilizando los motores y
sistemas de transmisión más idóneos, de acuerdo a un análisis previo.
Implementar los sistemas de transmisión y motor además del análisis de
4
2. MARCO TEÓRICO
2.1. CONCEPTOS GENERALES
2.1.1. GO KART
Un go kart es un vehículo monoplaza terrestre con o sin elementos de carrocería, carece de cualquier tipo de suspensión y cuenta con cuatro ruedas no alineadas que siempre están en contacto directo con la calzada, de las cuales las dos delanteras brindan el control de la dirección del vehículo, mientras que las dos ruedas posteriores dan propulsión gracias a un motor generalmente mono cilíndrico conectado a través de un eje de una sola pieza. Ver figura 1.
Las partes constitutivas principales de estos vehículos de competencia son el chasis, los neumáticos y el motor.
Figura 1. Go kart Sting Ray 200cc (Joyrides, 2015)
2.2. MOTOR
5 de marcha que se encuentra formado por un bloque que contiene el o los cilindros, cárter, en algunos casos caja de cambios, sistema de encendido, uno o más carburadores y un tubo de escape. Ver figura 2.
Figura 2. Motor Rotax 125 Max Evo (BRP - Rotax, 2016)
Dentro de la disciplina del karting generalmente se emplea motores de combustión interna de 2 tiempos; lo que significa que es un motor en el que se ha conseguido condensar las cuatro fases fundamentales del ciclo en dos únicas carreras (admisión, compresión, explosión y escape), por lo tanto en cada carrera de pistón tanto ascendente como descendente se realizan 2 fases al mismo tiempo. Estos motores, ver figura 3., están normalmente constituidos por las siguientes partes principales:
6
2.2.1. BLOQUE DE CILINDROS
El bloque de cilindros es una pieza fabricada de hierro o aluminio fundido en cuyo interior se dejan orificios llamados cilindros, en donde alberga y se montan los pistones; dependiendo de la configuración del motor se puede incluir las lumbreras de admisión y de escape.
En estos cilindros se desplazan los pistones que realizan un movimiento alternativo ascendente y descendente con la finalidad de captar la mezcla de aire-combustible para posteriormente gracias a sus movimientos alternativos se pueda comprimir esta mezcla y hacerla detonar mediante la chispa generada por la bujía, produciendo de tal modo la fuerza transmitida a través del cigüeñal a las ruedas para conseguir la marcha del go kart.
2.2.2. CÁRTER
El cárter es el contenedor de aceite ubicado en la parte inferior del bloque de cilindros con la finalidad de servir como depósito del aceite para la lubricación de las partes móviles del motor, además de retener posibles impurezas que se encuentren en el contenido del aceite; en el caso de los motores de dos tiempos el cárter también cumple con la función de contenedor de mezcla aire-combustible formando así un solo reservorio para ambos fluidos, de esta manera ambos se encuentran mezclados para ser administrados al motor.
2.2.3. CULATA
7
2.2.4. SISTEMA DE ESCAPE
El sistema de escape es el conjunto de conductos encargados de la evacuación de todos los gases producidos durante la combustión dentro del motor, de esta manera se consigue dejar libre de cualquier residuo la cámara de combustión para una nueva carga de mezcla aire-combustible y que el proceso pueda repetirse cíclicamente.
Dentro de las principales funciones que debe cumplir el sistema de escape constan las siguientes:
Protección al medio ambiente: Esto se traduce a que debe reducir al mínimo la cantidad de emisiones nocivas que se expulsan al medio ambiente a través del procesamiento adecuado de dichas partículas dañinas que puedan afectar al medio ambiente.
Confort Acústico: El sistema de escape debe moderar las ondas acústicas producidas por las explosiones dentro del motor lo que puede ocasionar una afección y molestia auditiva para el piloto como para el entorno, por lo que se busca tener un número de decibeles aceptables para evitar este tipo de problemas.
Prestaciones del motor: Además el sistema de escape debe contribuir a la mejora de potencia y par pero también mejorar el consumo de combustible del vehículo, todo esto posible a una configuración óptima que busque el vaciado rápido y efectivo de la cámara de combustión para mejorar en términos termodinámicos el rendimiento del motor dentro de una competencia.
8 Figura 4. Conjunto de escape de kart Kandi 150 cc Gy6 de alto rendimiento
(ebay, 2016)
2.2.5. CARBURADOR
El carburador es la pieza mecánica encargada de pulverizar o atomizar el combustible con el oxígeno proveniente del aire del medio ambiente, lo que busca este componente es lograr que la mezcla aire-combustible se gasifique en partículas lo más pequeñas posibles para conseguir un mejor encendido al momento de reacción con la chispa de la bujía y con esto asegurar mayor número de repeticiones de esta reacción; es decir, dentro del funcionamiento del motor significa mayor número de revoluciones. Ver figura 5.
Los carburadores basan su funcionamiento en el principio del Tubo de Venturi, el cual consiste en que existe un conducto que a lo largo de su longitud empieza con una toma de diámetro pronunciado y termina en un diámetro significativamente menor lo que produce que al acelerarse el aire durante el transcurso por esta sección se cree un vacío haciendo que se absorba las partículas de gasolina y se forme la mezcla aire-combustible.
Las principales partes del carburador son:
9
Difusor: Esta calibrado de tal forma que suministre el fino chorro de gasolina para que se pulverice con el paso de la corriente de aire.
Mariposa: Es la compuerta conectada al acelerador que cumple con la función de regular la entrada de la mezcla aire-combustible hacia el motor.
Figura 5. Carburador TILLOTSON HL166 16MM (KPS - Racing, 2016)
2.2.6. TANQUE DE COMBUSTIBLE
El tanque de combustible es el depósito en donde se almacena el carburante para poder administrarlo para la alimentación del motor. Este depósito cumple con una función adicional que es la de equilibrar y balancear el peso distribuido en el go kart puesto a que el motor representa el mayor peso localizado en la parte posterior. Generalmente los tanques se fabrican de polímeros altamente resistentes que impiden la penetración de agentes externos inclusive del propio aire. Ver figura 6.
10
2.2.7. REGLAMENTO TÉCNICO DE KARTING
Dentro de toda la información disponible sobre materia de karting es fundamental el conocimiento actualizado de las normativas sobre las que se rige este importante deporte mundial en donde cada año se presenta modificaciones del reglamento técnico de karting vigente a nivel mundial para que un kart pueda considerarse apto para una competencia oficial, por lo tanto en tema de motor y transmisión es de suma importancia citar los conceptos de las partes y elementos que debe poseer un kart homologado para una carrera oficial dentro de categorías de la CIK/FIA, además de conocer las prohibiciones y condiciones para componentes dadas a continuación. Ver los extractos en el anexo 1.
CIK/FIA (2016) dentro de sus artículos establece:
2.2.7.1. Motor
Por motor se define aquella unidad de propulsión conectada a un vehículo que le brinde la capacidad de ponerse en marcha, por lo general los motores se encuentran conformados por un bloque de cilindros, cárter y una posible caja de cambios de velocidades, sistema de encendido, carburador (s) y el sistema de escape. Dentro del reglamento se prohíben todos los sistemas de inyección, además de prohibir la pulverización de productos distintos al combustible. Además el reglamento es claro en prohibir cualquier tipo de sistemas de supercargadores a excepción de la categoría Superkart, en donde está autorizado el empleo de un sistema de refrigeración por aire o líquido.
2.2.7.2. Capacidad cúbica del cilindro
11 Las unidades métricas para expresar la capacidad cúbica del cilindro o
cilindraje son los centímetros cúbicos (cm3) y para todos los cálculos
relacionados con el cilindraje del motor se toma el número π con el valor de
3.1416
Ecuación de capacidad cúbica del cilindro
d l n
[1]
Donde:
d: diámetro del cilindro
l: carrera
n: número de cilindros
: coeficiente de cálculo de cilindrada
2.2.7.3. Conductos o pasajes
Los conductos o pasajes son elementos generalmente cilíndricos encargados de permitir el paso de los gases, sea cual sea su longitud o posición deben asegurar la conducción adecuada de los fluidos.
Estos conductos transmiten generalmente los gases de la carcasa de la bomba a la parte superior del pistón, así como también los que transmiten los gases desde el exterior del cilindro a los puertos de entrada, o desde los puertos de escape al exterior del cilindro.
2.2.7.4. Entrada o lumbrera de escape
12 mientras se abre una lumbrera la otra se cierra para llevar a cabo los tiempos de combustión.
2.2.7.5. Válvula de potencia
La válvula de potencia puede ser cualquier sistema que pueda alterar por medios manuales, eléctrico, hidráulicos o de cualquier otro tipo la configuración original y normal del orificio de escape, consiguiendo modificar la temporización o el flujo normal de los gases de escape en cualquier punto entre el pistón y la salida de escape final con el fin de generar ganancia en potencia cuando el motor está en marcha.
2.2.7.6. Válvula de descompresión
La válvula de descompresión es un sistema mecánico pasivo con el único objetivo de limitar la compresión del motor en el inicio de cualquiera de sus tiempos. Por ejemplo cuando se termina el tiempo de arranque, la válvula debe cerrarse y debe permanecer estacionaria e inactivo cuando el kart está en la pista con el motor encendido.
Este sistema no puede, bajo ninguna circunstancia, disminuir el volumen del motor de cámara de combustión por debajo del valor mínimo autorizado.
2.2.7.7. Radiador
Este componente es un intercambiador de calor específico que permite el enfriamiento de un líquido con el aire, lo que se conoce como intercambiador aire/líquido, donde el principio de funcionamiento es enfriar el agua contenida en el radiador a través del paso de aire por medio de los finos conductos de este elemento.
13 Es cualquier depósito o reservorio que contenga el combustible y lo pueda hacer fluir al motor de forma constante, además de que brinde una hermeticidad que impida la fuga o pérdida del combustible durante la puesta en marcha del kart.
2.2.7.9. Acelerador
El acelerador debe ser accionado a través de un pedal provisto de un muelle de retorno, para con ello evitar que permanezca en estado de accionamiento.
Un enlace mecánico es obligatorio entre los pedales y el carburador, lo que significa que deben de estar conectados entre sí con un cable regulado adecuadamente para que el motor pueda estar encendido sin estar acelerado.
2.2.7.10. Pedales
Generalmente en la mayoría de karts se encuentran dos pedales, el primero es el pedal de freno y el segundo el pedal del acelerador, estos dos encargados de transmitir las reacciones del piloto de acelerar o frenar simultáneamente, este accionamiento es realizado a través de sus pies. Ver figura 7.
Estos pedales deben ser instalados con topes con determinada distancia graduada con el fin de evitar sobre esfuerzos en estos, además de contar con muelles de retorno para que puedan volver a su posición inicial sin problema al momento que el piloto deje de presionarlos. Ver anexo 2.
14 Los pedales deben ser posicionados al frente con respecto de los cilindros hidráulicos de accionamiento de frenos.
En Superkart solamente, el pedal de freno y todas las partes que operan en el cilindro de accionamiento deben estar hechos de acero y deben ser lo suficientemente fuertes como para resistir las fuerzas aplicadas (CIK/FIA, 2016, pág. 349).
Figura 7. Pedales de mini chopper minibike go kart trike (ebay, 2016)
2.2.7.11. Cilindros
La reparación de los cilindros del motor solamente se permite hacerlo mediante la adición de material, pero no reemplazo de las partes originales montadas en el motor.
2.2.7.12. Refrigeración por agua
Sólo el agua (H2O) está autorizado para la refrigeración líquida en el
radiador.
15 En la categoría Superkart es permitido que vaya montado detrás del eje de las ruedas delanteras y no deben interferir con el asiento, además cualquier radiador colocado en la parte trasera no debe estar situado a menos de 150 mm de los extremos laterales del kart.
Todo el tubo debe ser de un material diseñado para soportar el calor (150 °C) y presión (10 bares). Para controlar la temperatura, sólo se permite colocar en la parte delantera o en la parte trasera del radiador un sistema de máscaras.
Este dispositivo puede ser móvil (ajustable), pero no debe ser desmontable cuando el kart está en movimiento, y no debe contener elementos peligrosos. Los sistemas mecánicos de by-pass (tipo termostato), incluyendo líneas de desvío, son permitidos.
2.2.7.13. Bomba de agua
Para todas las categorías, excepto en Superkart, el accionamiento de la bomba de agua debe ser exclusivamente controlada mecánicamente, ya sea por el motor o por el eje de ruedas trasero.
2.2.7.14. Carburadores y conductos de entrada
Para todas las categorías está prohibido cualquier tipo de sistema de inyección, además se prohíbe cualquier pulverización de productos distintos al combustible, ya que puede generar ventajas desproporcionadas en competencia en relación a los demás competidores y sus motores de los karts.
16 Además, está prohibido tener cualquier conexión que provoque un volumen extra (incluyendo cualquier ranura, espacio hueco u otros espacios) a nivel del conducto de entrada.
El carburador en categorías KZ2 y KZ1, para el Campeonato CIK-FIA, es el siguiente, ver figura 8, en donde se muestra el carburador estándar dictaminado por el reglamento técnico de karting para ser empleado en competencias oficiales de campeonatos internacionales y nacionales.
Generalmente puede que se generen pequeñas variaciones dependiendo el modelo que los distintos fabricantes construyen, debido a sus diseños para obtener diferentes mejoras en cuanto a prestaciones, sin modificar o alterar significativamente los componentes ya estandarizados por la reglamentación técnica de karting.
Las partes que conforman el carburador estándar homologado por la CIK/FIA para competencias oficiales son las siguientes:
1.Válvula reguladora
2. Aguja mezcladora
3. Boquilla de pulverización
4. Difusor de reposo
5. Surtidor de ralentí
6. Surtidor de alta velocidad
7. Surtidor de arranque
8. Válvula de aguja
9. Flotador
10. Flotador
17
12. Tapón
13. Tornillo alambrado
14. Cubierta del cuerpo
15. Empaque de la cubierta
16. Válvula con resorte de retorno
17. Guía de muelle de placa
18. Válvula mezcladora de boquilla roscada + muelle
19. Arandela
20. Tope de aguja mezcladora
21. Tornillo de fijación del arranque
22. Cebador o estrangulador
23. Empaque del cebador o estrangulador
24. Kit de ajuste del tornillo de aire
25. Kit de ajuste de válvula mezcladora
26. Kit de filtro de combustible
27. Empaque de válvula de aguja
28. Base del pulverizador
29. Pasador del flotador
30. Balancín del flotador
31. Empaque de válvula de flotador
32. Cámara de flotador
18
34. Cámara de flotador
35. Cámara de flotador
36. Arandela
37. Tornillo de cámara del flotador
38. Filtro de combustible
39. Empaquetadura del tapón de la cámara del flotador
40. Tapón de la cámara del flotador
41. Kit de empaques
19
2.2.7.15. Encendido
Para las categorías KZ1 y KZ2, el sistema de encendido utilizado debe ser de tipo analógico y cualquier sistema de encendido variable (sistema de avance progresivo y retardo) está prohibido.
Para las categorías OK y OK-Junior, el encendido debe ser digital no programable, con un limitador de revoluciones integrado. Ninguna de las baterías debe ser necesaria para su funcionamiento.
Para los encendidos que empleen rotores externos, se debe montar un sistema de protección que cubra las partes giratorias del sistema para evitar accidentes.
Cualquier sistema electrónico que permita un control automático de los parámetros de funcionamiento del motor, mientras que el kart está en movimiento está prohibido, solamente se acepta dispositivos para fines de telemetría.
2.2.7.16. Bujía
En todas las categorías, excepto Superkart, la bujía de encendido debe ser de producción en masa y ser estrictamente originales.
El revestimiento de la bujía y el aislamiento del electrodo deber ser ajustados en la culata, además no deben extenderse más allá de la parte superior de la cúpula de la cámara de combustión.
2.2.7.17. Depósito de combustible
20 El tanque no debe de estar configurado como un dispositivo de apoyo aerodinámico, además debe suministrar al motor el combustible a presión atmosférica normal (esto significa que, aparte de la bomba de combustible situado entre el depósito de combustible y el carburador, cualquier principio o sistema, mecánica o no, que puede tener una influencia en la presión interna del depósito de combustible está prohibido).
La abertura de salida no debe ser más de 5 mm.
Para efectos de carga de combustible y aceite es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones que se dan en el reglamento técnico. Ver anexo 3.
2.2.7.18. Mezcla utilizada en motores de 2 tiempos
El combustible se mezcla con un lubricante de 2 tiempos de venta actual aprobado por la CIK-FIA.
La modificación de la composición del combustible básica mediante la adición de cualquier compuesto está estrictamente prohibida.
Esta restricción también se aplica al lubricante, que no debe cambiar la composición de la fracción de combustible cuando se añade al combustible.
Además, como para el combustible, el lubricante no debe contener ningún compuesto nitro, peróxidos o cualquier otra potencia del motor.
Para las mezclas de 2 tiempos, las siguientes tolerancias de medición de combustible son permitido:
- Densidad a 15ºC: + 0,025 g / ml
- Residuo de destilación: No controlado
21 lubricante, la adición del lubricante no debe aumentar el valor de más de 40 unidades.
2.2.7.19. Características de lubricantes
El lubricante no debe contribuir de ninguna manera al mejoramiento del rendimiento del combustible; Por lo tanto, algunas limitaciones se han establecido:
1. Destilación: destilada a 250 ° C: 10% máx. acorde a la destilación (GC). 2. Ausencia de agentes antidetonantes (plomo, manganeso, hierro): 10mg /
Kg máx.
3. RON y MON: máx. diferencia de 1,3 puntos a los números de octanos de una mezcla de 8% en volumen de lubricante en un combustible sin plomo súper Premium (la comparación con los valores originales del combustible sin el lubricante).
2.3. TRANSMISIÓN
La reglamentación técnica establece que la transmisión se lo hará en todo caso a las ruedas traseras. El método es libre, pero cualquier tipo de diferencial, ya sea a través del eje, el cubo de montaje de ruedas o por cualquier otro medio, está prohibido.
Se prohíbe cualquier dispositivo de lubricación de la cadena, excepto en el caso de un sistema aprobado por la CIK-FIA.
2.3.1. CADENA DE TRANSMISIÓN
22 Generalmente en casos de regular la tensión de la cadena donde ya no se pueda remover o añadir eslabones se procede al desplazamiento del motor como medida para tensar la cadena y quede sin ningún sobre esfuerzo y con una holgura apropiada.
Figura 9. Cadena de transmisión para go kart (ebay, 2016)
La cadena de transmisión se encuentra constituida por todos los elementos que se encuentren entre el motor y las ruedas, en el caso de los karts por el cigüeñal, el embrague (en caso de tenerlo), el conjunto piñón-corona y el eje posterior.
Dentro de la transmisión del par hay que tomar en consideración que todos los motores tienen determinado punto de alcance de revoluciones que no se puede sobrepasar caso contrario se produciría el daño de este; dicho límite de revoluciones es conocido como “línea roja” Es aquí donde entra a cumplir sus funciones el sistema de transmisión el cual nos ayuda a mantener este límite de revoluciones por debajo de la línea roja, logrando reducir y estabilizar el motor en un margen de revoluciones que no afecten el desempeño del mismo y logrando transmitir de forma óptima el par al eje de transmisión.
23 En los karts que carecen de caja de cambios la elección de una relación de transmisión para el número de dientes del piñón del motor y la corona en el eje posterior es fundamental para lograr el máximo rendimiento en cuanto a la velocidad máxima a fondo en línea recta y la capacidad de elasticidad en aceleración.
2.3.2. CUBRECADENAS
2.3.2.1. Cadena de guardia / correa de transmisión
En todas las categorías sin una caja de cambios, es obligatoria y debe ser una protección efectiva sobre la parte superior y ambos lados de la cadena y los piñones se exponen y se extienden hasta al menos el plano inferior del eje trasero. En todas las categorías con una caja de cambios, es obligatorio y cubrir de manera más eficiente el piñón y la corona-rueda hasta el centro del eje de rueda de corona.
2.3.2.2. Cubrecadena
Los cubrecadenas cumplen la función de protección tanto para el piloto como para la estructura del go kart en sí, ya que en un desprendimiento de un eslabón este puede afectar físicamente al conductor o por otro lado afectar algún elemente sensible del motor ya que la transmisión se encuentra relativamente próxima a este. Ver figura 10.
Estos cubrecadenas se fabrican de láminas de acero, fibra de vidrio o de carbono, inclusive polímero de alta resistencia y flexibilidad.
24
2.3.3. EJE DE TRANSMISIÓN
Este eje hace posible la transmisión de la energía cinética producida por el motor hacia las ruedas, consiguiendo de esta manera transmitir la máxima potencia y agarre al go kart.
Este elemento puede ser construido de dos formas, la primera un eje solido en longitud, mientras que la segunda de cintura partida lo que significa que se construye en dos partes unidos por un ensamble en la cintura o punto de acople. Ver figura 11.
Una característica importante del eje de transmisión es que además sirve como único soporte del disco de freno en el caso de los go kart que no poseen caja de cambios, por lo que estos ejes deben brindar tolerancia elevada frente a esfuerzos de flexión y torsión ya que se carece de suspensión.
“Se lo define como una barra de acero, maciza o hueca, de un grosor que puede oscilar entre 25, 40 o 45 mm, según chasis y categoría. Se atornilla al bastidor por medio de dos o tres soportes para los puntos de apoyo, con los rodamientos adecuados para conseguir un buen giro del eje” (Narváez, 2012).
Figura 11. Eje de transmisión posterior de go kart (ebay, 2016)
25 La estrella o catalina es una pieza metálica diseñada para transmitir la energía cinética generada por el motor hacia el eje de transmisión hacia las ruedas, formando así parte del conjunto motriz del go kart.
Esta estrella guarda una determinada relación de transmisión configurada entre el número de dientes y el diámetro de este disco, por lo que gran parte del rendimiento y velocidad que se pueda obtener de la rotación de salida del eje de transmisión dependerá mucho de esta configuración. Ver figura 12.
Una característica importante de modificar la relación de transmisión es que también con ello varía el par de fuerza aplicado, por lo que no siempre resulta conveniente todas las modificaciones de relaciones de transmisión, ya que no pueden generar el torque necesario para romper el estado de inercia del go kart, por ende hay que tener en cuenta que una buena relación de transmisión es aquella que nos brinde el mejor desempeño y empuje a velocidades medias como también altas y que además nos brinde un torque significativamente alto.
Figura 12. Catarina de transmisión de go kart (ebay, 2016)
2.3.5. PIÑÓN DE TRANSMISIÓN
26 Al igual que la catalina su relación de transmisión depende del número de dientes que contenga alrededor de su diámetro.
Figura 13. Piñón de transmisión (ebay, 2016)
2.3.6. RELACIÓN DE TRANSMISIÓN
La transmisión del par del motor se lleva a cabo a través de la cadena, en donde cada diente del piñón fuerza el recorrido de un eslabón de la cadena y al mismo tiempo tira de otro diente de la corona del eje posterior. Este procesos se denomina “Relación de Desmultiplicación” debido a que la corona al ser más grande que el piñón del motor se necesitan de mayor numero de revoluciones para poder generar el movimiento en las ruedas del kart, de ahí el nombre de esta relación de transmisión.
En los karts se maneja siempre la transmisión con marchas cortas para asegurar una aceleración adecuada para obtener el mejor desempeño del vehículo en competencia.
Pero no todo es beneficio con el empleo de las marchas cortas puesto a que por un lado se dispondrá de mayor capacidad de aceleración y mejor tracción pero en contraparte menor velocidad de punta por lo que hay que manejar de igual forma un punto intermedio para que la elección de marcha corta no nos afecte.
27 Para el cálculo de la relación se debe de contar el número de dientes que posea el piñón del motor dividido para el número de dientes de la corona del eje de transmisión, a continuación se realiza un ejemplo práctico con un número de dientes en corona y piñón tomados al azar para efectuar cálculos demostrativos de obtención de relación de transmisión.
Ejemplo:
Dientes de Corona Dientes del i ón
dientes
dientes [2]
Pero como se observa muchas veces podemos optimizar las relación buscando determinadas relaciones con diferente número de dientes por ejemplo para suplantar a la alternativa anterior se podría conseguir la misma relación con una corona de 79 dientes y un piñón de 10 dientes.
Por otro lado como se hacía mención todo depende de lo que necesitemos por ejemplo si mantenemos la misma corona con los 87 dientes pero de modifica el número de dientes del piñón a 10 la relación de transmisión aumentara a 8.7. Lo que se traduce a que el kart experimentara mejor aceleración y generara más revoluciones en el motor pero en contraparte reduciremos la velocidad máxima o de punta.
2.3.8. FACTORES QUE INSIDEN EN LA ELECCIÓN DE UNA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN
Trazado del circuito: Existe varios trazados de circuitos en donde pueden haber curvas más o menos cerradas y rectas más largas o cortas, por lo que un circuito con viradas muy cerradas requerirá de marchas cortas o un circuito rápido requerirá de marchas más largas por la necesidad de velocidad mas no aceleración.
28
La curva de par del motor: No todos los motores poseen la misma capacidad de aceleración ni estando en el mismo rango de revoluciones por lo que dependiendo del trazado de la pista sea preferible la elección de un motor con menor límite de revoluciones consiguiendo de esta manera desarrollos más largos compensando así la velocidad punta.
El estado del suelo, neumáticos y temperatura: tiene mucho que ver con el agarre de las ruedas lo que afectara directamente al desempeño del kart puesto a que de nada sirve tener una transmisión si se pierde su rendimiento a través de las ruedas.
Estilo de pilotaje y trazada: Afecta mucho el analizar los puntos críticos del trazado de la pista, tener en cuenta los puntos en los que se pueda ganar o perder desarrollos cortos o largos, a partir de esto se elige la mejor relación de transmisión óptima para obtener el mejor desempeño del kart.
A continuación se puede apreciar los parámetros de desempeño que se presentan dependiendo el tipo de elección que se tome en cuanto a relación de trasmisión como se muestra en la tabla 1 y tabla 2.
Tabla 1. Relación y desarrollo
Desarrollo Corto Largo
Piñón motor - Dientes + Dientes
Corona eje + Dientes - Dientes
Aceleración Rápida Lenta
Velocidad punta Disminuye Aumenta (Salazar, 2011)
Tabla 2. Factores
Desarrollo + Corto + Largo
Circuito Virado Rápido
Peso + Peso - Peso
Par motor Poco Mucho (Salazar, 2011)
29 Tabla 3. Tabla de desarrollos
PIÑONES
9 10 11 12 13
CORONA
S
76 8.444 7.600 6.909 6.333 5.846
77 8.556 7.700 7.000 6.417 5.923
78 8.667 7.800 7.091 6.500 6.000
79 8.778 7.900 7.182 6.583 6.077
80 8.889 8.000 7.273 6.667 6.154
81 9.000 8.100 7.364 6.750 6.231
82 9.111 8.200 7.455 6.833 6.308
83 9.222 8.300 7.545 6.917 6.385
84 9.333 8.400 7.636 7.000 6.462
85 9.444 8.500 7.727 7.083 6.538
86 9.556 8.600 7.818 7.167 6.615
87 9.667 8.700 7.909 7.250 6.692
88 9.777 8.800 8.000 7.333 6.769
89 9.888 8.900 8.090 7.416 6.846
90 10.000 9.000 8.181 7.500 6.923 (Salazar, 2011)
2.4. DISEÑO DE EJES
2.4.1. UBICACIONES CRÍTICAS
Para evaluar los esfuerzos no es necesario realizarlos en todos los puntos del eje, basta con hacerlo en unas cuantas zona que se consideren críticas para el diseño.
Por lo general en zonas axiales donde se conoce que el momento flexionante es grande, el par de torsión está presente y existan concentradores de esfuerzos.
2.4.2. ESFUERZO
Es una función de las fuerzas internas en un cuerpo que se producen por la aplicación de las cargas exteriores (Fitzgerald, 2007).
2.4.3. DEFORMACIÓN
30
2.4.4. DIAGRAMAS DE CORTANTE Y DE MOMENTO FLECTOR
La determinación de los valores absolutos máximos del cortante y del
momento flector en una viga se facilitan mucho si V y M se grafican contra la
distancia x medida desde un extremo de la viga, ver figura 14.
Además, el conocimiento de M como una función de x es esencial para la
determinación de la flexión de una viga (Beer, Johnston, Dewolf, & Mazurek,
2010).
Figura 14. Diagramas de cortante y momento flector (Beer, Johnston, Dewolf, & Mazurek, 2010)
2.4.4.1. Esfuerzo Cortante
Es el esfuerzo interno que resulta de las tensiones paralelas a la sección transversal de una viga o un pilar, el cual indica el punto máximo en que el eje se cizalla.
2.4.4.2. Momento Flector
31 de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de una viga o un pilar, produciendo la flexión del mismo.
2.4.5. FACTORES QUE MODIFICAN EL LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA
Existen factores que cuantifican los efectos de la condición superficial, el tamaño, carga, temperatura y otros puntos; todos estos factores de corrección sirven para ajustar el límite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones sustractivas o multiplicativas, para poder seleccionar los cálculos adecuados para estos coeficientes es adecuado recurrir a las tablas del anexo 6.
Cuando no se dispone de ensayos de resistencia a la fatiga de partes, las estimaciones se hacen aplicando los factores de Marin al límite de resistencia a la fatiga (Budynas & Nisbett, 2012).
2.4.5.1. Factor de superficie
Este factor depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y de la resistencia a la tensión.
2.4.5.2. Factor de tamaño
Este factor es incidente en el momento de flexión y torsión que experimenta un eje en movimiento, por lo que está dado en relación a la longitud del eje en estudio.
2.4.5.3. Factor de carga
32
2.4.5.4. Factor de temperatura
Es la incidencia de la temperatura durante el tiempo de trabajo del eje por lo que viene dado el factor correctivo a partir del grado de temperatura al que el eje trabaje.
2.4.5.5. Factor de confiablidad
Este factor muestra la desviación estándar de resistencia a la fatiga de menos del 8%.
2.4.5.6. Factor de efectos varios
Este factor toma en cuenta la reducción del límite de resistencia a la fatiga debido a los efectos adversos inesperados que pueden actuar sobre el eje.
2.4.6. CONFIABILIDAD
33
3. METODOLOGÍA
Basado en el objetivo principal del proyecto sobre diseñar la construcción de los sistemas de transmisión y motor para un prototipo de go kart con base al reglamento de la FIA, se decidió desarrollar una metodología del tipo experimental; esto se tradujo en efectuar una ardua investigación sobre motores y sistemas de transmisión desarrollados por distintos fabricantes que se han especializado en el tema de go karts a lo largo del tiempo, para poder considerar estas opciones como punto de partida para el desarrollo y ejecución del proyecto.
Consiguiendo de esta manera seleccionar el tipo de motor y sistema de transmisión idóneo para solventar el problema principal del proyecto sobre el correcto diseño y empleo adecuado de elementos homologados en la construcción de go karts.
Previo a la construcción del prototipo se dimensiona y calcula los elementos que serán empleados para el montaje del prototipo y de esta manera puedan funcionar y desempeñarse a la máxima eficiencia.
Con base en la normativa que dictamina la CIK/FIA (Comisión Internacional de Karting de la Federación Internacional de Automovilismo) se tomaron en cuenta puntos importantes del reglamento relacionados al tema de investigación de este proyecto.
Estos puntos ayudaron a la selección de las alternativas para el prototipo, logrando el cumplimiento de los estándares establecidos; siendo los siguientes puntos una síntesis extraída del reglamento de la CIK/FIA. Ver reglamento en el anexo 4.
Categorías y Grupos
34 Tabla 4. Categorías y grupos de karting
Grupo I
KZ1: cilindrada de 125 cc
Superkart: cilindrada de 250 cc
Grupo II
KZ2: cilindrada de 125 cc
OK: cilindrada de 125 cc
OK-Junior: cilindrada de 125 cc (CIK/FIA, 2016)
Con base en el artículo de categorías de competición de karting, se optó por seleccionar la categoría KZ2 perteneciente al Grupo II en donde especifica el empleo de motores con capacidad volumétrica o cilindrada máxima de 125
cm3, por lo que se decidió esta alternativa por dos razones importantes, la
primera ser una categoría de inicio en la disciplina del karting apta para nuevos talentos novatos que desean integrarse al mundo automovilístico de competencia y segundo por estar dentro de una categoría inicial no demanda de muchos requerimientos técnicos por lo que facilita la construcción del prototipo además de no exigir la inversión elevada de dinero y horas de trabajo.
Para la selección de una alternativa de motor o unidad de propulsión se tomó en cuenta en primera instancia la cilindrada máxima admitida en la categoría seleccionada con anterioridad, a continuación para la decisión de alternativa se analizaron algunos puntos del reglamento para la alternativa definitiva. Ver reglamento en el anexo 4.
Por motor se entiende la unidad de propulsión del vehículo en el funcionamiento de orden, que incluye un bloque de cilindros, cárter y una posible caja de cambios, sistema de encendido, carburador (s) y el silenciador de escape.
35 El motor no estará compuesto por un compresor o cualquier sistema sobrealimentación. En Superkart, se autoriza un sistema de refrigeración por aire o líquido.
El motor es el principal componente a la hora de obtener unas buenas prestaciones del kart, él va a ser la fuente encargada de entregar a la cadena de transmisión el par y la potencia necesarios para cualquier requerimiento que exija el vehículo.
En el apartado de prestaciones se calcularán determinadas características del kart tales como velocidad máxima, aceleración, o pendiente máxima superable. Ver figura 15.
Para realizar los cálculos lo primero que se necesita es la gráfica de potencia y par del motor, que es la siguiente:
Figura 15. Gráfica de potencia y par de un motor de 2 T (Salazar, 2011)
Gracias a esta gráfica podemos deducir tienen lugar la máxima potencia y el máximo par del motor.
Además según el reglamento un kart debe cumplir con las siguientes especificaciones técnicas:
Cilindrada del motor: de 100 a 250 cm3
Distancia entre ejes: mínimo 101cm// máximo 127cm
36
Longitud total: 182 cm. como máximo
Anchura total: 140 cm. como máximo
Altura: 60 cm. máximo desde el suelo
Debido a las especificaciones que se marcan en el Reglamento Técnico de Karting de la CIK/FIA se procedió a elegir una marca de fabricante de motores de kart que se acopló a los requerimientos técnicos para su homologación. Ver figura 16.
Figura 16. Motor Rotax Junior 125 MAX (BRP - Rotax, 2016)
El Reglamento Técnico define a la Transmisión como: “En todo caso serán a las ruedas traseras. El método es libre, pero cualquier tipo de diferencial, ya sea a través del eje, la rueda o cubo de montaje o por cualquier otro medio, está prohibido. Se prohíbe cualquier dispositivo de lubricación de la cadena, excepto en el caso de una sistema aprobado por la CIK-FIA” (CIK/FIA, 2016).
Con base en el reglamento acogiéndose al tema de método libre para la
transmisión de la potencia del motor al eje de transmisión, se decidió emplear el sistema más común que se monta en los karts que es el sistema de transmisión a través de cadena. Ver figura 17.
37 El motivo de la elección de un sistema de transmisión por cadena se lo hizo debido a que presenta demasiadas ventajas que ayudan aportar el mayor porcentaje de transmisión de la potencia sin muchas pérdidas como son:
No se producen resbalamientos.
Se mantiene constante la relación de velocidad.
Rendimiento de hasta 98%.
La carga repartida sobre varios dientes prolonga la vida útil de la cadena.
La elasticidad de la cadena + la lubricación, amortiguan los golpes por
cargas intermitentes.
Dentro del diseño de transmisión se necesitó los datos técnicos del motor para poder llevar a cabo los cálculos necesarios para la selección de una alternativa de sistema de transmisión al eje posterior a través de cadena.
A continuación una vez seleccionado el motor con la ayuda de su ficha técnica se empleó los siguientes datos:
a) Potencia a transmitir en kW
b) Fuente de potencia
c) Mecanismo a accionar
d) Número de r.p.m. de los ejes
38
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE MOTOR
Durante el desarrollo del proyecto se tomó pautas fundamentales que brindaron una ayuda para la realización del mismo, por lo que en primer lugar y como punto de partida para el diseño se optó por regirse al reglamento técnico de karting emitido por la CIK/FIA, en la cual en primera instancia se determinó elegir una categoría más o menos simplificada para con ello basar el cumplimiento de normativas para la construcción del kart. Por tal motivo dentro del reglamento establece lo siguiente.
4.1.1. CLASIFICACIÓN
Con base en el artículo de categorías de competición de karting, se optó por seleccionar la categoría KZ2 perteneciente al Grupo II en donde especifica el empleo de motores con capacidad volumétrica o cilindrada máxima de 125
cm3, como se muestra en la tabla 4, por lo que se decidió esta alternativa por
dos razones importantes, la primera ser una categoría de inicio en la disciplina del karting apta para nuevos talentos novatos que desean integrarse al mundo automovilístico de competencia y segundo por estar dentro de una categoría inicial no demanda de muchos requerimientos técnicos por lo que facilita la construcción del prototipo además de no exigir la inversión elevada de dinero y horas de trabajo.
4.1.2. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS
39
4.1.2.1 Fuerza de empuje y torque requerido
Generalmente un kart de competición puede alcanzar con facilidad los 100 Km/h, por lo que es indispensable que cada uno de estos vehículos este dotado con un motor que pueda abastecer de la potencia necesaria para transmitir un torque elevado que genere la fuerza de empuje al kart y pueda mantenerlo en movimiento frente a las diversas fuerzas que se oponen al movimiento de todo el kart.
4.1.2.2 Pesos del Kart
Dentro del análisis de esfuerzos que intervienen en el kart, es importante considerar ciertos pesos que influyen demasiado en el desempeño del vehículo y para la selección del motor, todos estos multiplicados por un
coeficiente , , siento este un coeficiente de multiplicación para
cargas permanentes.
[3]
Donde:
: peso total
: peso del cuerpo
: coeficiente de multiplicación para cargas permanentes.
Peso del piloto (hombre percentil 95%)= 75 kgf = 750 N
pil
pil
40
motor
motor
Peso del chasis (categoría World Fórmula Chasis) = 20 kgf = 200 N
c asis
c asis
T T
4.1.2.3. Fuerza de empuje
Es la fuerza que se debe ejercer sobre el kart para que este pueda romper el estado de inercia junto con el rozamiento del piso y pueda experimentar la máxima velocidad posible, se calcula:
E T [4]
E
E
Donde:
Coeficiente de ro amiento dinámico Cauc o avimento
eso neto total del o art
